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第一章 绪论1

1.1现场总线技术及其性能分析发展概况1

1.1.1现场总线技术的发展1

1.1.2现场总线性能分析4

1.2协议转换方法概述6

1.2.1基于形式化描述技术的协议转换方法6

1.2.2现场总线间的协议转换技术11

1.3协议转换系统的性能分析12

1.4课题来源及其研究意义13

1.5本文主要内容和结构安排14

第二章 多重组合Petri网的理论基础17

2.1引言17

2.2多重组合Petri网定义21

2.3多重组合Petri网的有界性分析23

2.3.1 S-多重组合Petri网的有界性分析23

2.3.2 T-多重组合Petri网的有界性分析24

2.4多重组合Petri网的活性分析24

2.4.1 S-多重组合 Petri网的活性分析24

2.4.2 T-多重组合Petri网的活性分析27

2.4.3 ST-多重组合Petri网的活性分析28

2.5多重组合Petri网的状态不变性分析31

2.5.1 S-多重组合Petri网的状态不变性分析31

2.5.2 T-多重组合Petri网的状态不变性分析32

2.6多重组合Petri网的行为不变性分析33

2.6.1 S-多重组合Petri网的行为不变性分析33

2.6.2 T-多重组合Petri网的行为不变性分析34

2.7本章小结36

第三章 多协议转换系统原理模型的建立38

3.1引言38

3.2 MODBUS/TCP工业以太网服务器节点通信模型的建立39

3.2.1 MODBUS/TCP工业以太网协议概述39

3.2.2 TCP连接建立、释放状态机40

3.2.3工业以太网服务器节点通信模型40

3.3 DeviceNet主节点通信模型的建立42

3.3.1 DeviceNet协议概述42

3.3.2预定义主从连接组的建立、释放44

3.3.3主节点通信模型46

3.4 Profibus主节点通信模型的建立47

3.4.1 Profibus协议概述47

3.4.2主一从站通信状态机49

3.4.3主站通信模型50

3.5各总线通信模型的化简51

3.6多协议转换系统原理模型的建立54

3.7多协议转换系统原理模型的验证55

3.8本章小结56

第四章 多协议转换系统性能模型及分析57

4.1随机Petri网（SPN）及其性能评价方法57

4.1.1 SPN的基本概念57

4.1.2基于SPN的性能评价方法57

4.2具有标识变量随机高级Petri网的基本概念59

4.3多协议转换系统性能模型的建立61

4.3.1模型中各个库所/变迁的含义61

4.3.2变迁实施速率的影响因素63

4.4性能模型的同构马尔可夫链64

4.5标识稳定概率的求解68

4.6多协议转换器性能分析70

4.6.1多协议转换器利用率的变化规律70

4.6.2多协议转换器报文吞吐率的变化规律73

4.7本章小结76

第五章 多协议转换系统性能测试及分析77

5.1测试的前提条件77

5.2测试方法和测试步骤78

5.2.1数据上传情况下的测试方法和步骤78

5.2.2数据下发情况下的测试方法和步骤79

5.3测试结果及分析80

5.3.1数据上传情况下的测试结果及分析80

5.3.2数据下发情况下的测试结果及分析89

5.4基于性能模型和基于系统测试两种性能分析结果比较95

5.5本章小结96

第六章 多协议转换系统的设计与实现98

6.1多协议转换系统的结构98

6.2多协议转换器的功能及设计方案101

6.3多协议转换器的硬件设计102

6.3.1通信接口模块102

6.3.2多协议转换器结构103

6.4多协议转换器的软件设计105

6.4.1多协议转换报文模型105

6.4.2多协议转换的实现流程106

6.5多协议转换系统的组网配置109

6.5.1工业以太网组网配置109

6.5.2 DeviceNet现场总线组网配置111

6.5.3 Profibus现场总线组网配置113

6.6本章小结115

第七章 总结和展望116

7.1本文总结116

7.2进一步工作的展望119

参考文献120

攻读博士学位期间公开发表的学术论文135

攻读博士学位期间申请的发明专利136

攻读博士学位期间参与的科研项目137

致谢138